DE3706965A1

DE3706965A1 - Doppel-modenfilter

Info

Publication number: DE3706965A1
Application number: DE19873706965
Authority: DE
Inventors: Yoshio Kobayashi
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1986-03-04
Filing date: 1987-03-04
Publication date: 1987-09-10
Also published as: JPS62204601A; JPH0361361B2; GB2188788B; GB2188788A; GB8704905D0; US4760361A; DE3706965C2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Filter, in welchem eine Doppelmoderesonanz erzeugt wird im Resonator, wobei ein dielektrischer Resonator in einem Abschneidewellenlei ter mit vorgegebener axialer Länge untergebracht ist.

Ein elliptischer Funktionsfilter, in welchem eine Vielzahl von Hohlraumresonatoren in Längssäulen vorgesehen ist, Kupplungsschlitze in den Flächen der Hohlraumresonatoren vorgesehen sind zum Kreuzen der Ausbreitungsrichtungsachse der elektromagnetischen Feldenergie, die Doppelmodereso nanz erzeugt wird durch ein dielektrisches Resonatorele ment, welches in jedem Hohlraumresonator untergebracht ist, und jede Stufe durch den Kopplungsschlitz gekoppelt ist, ist aus der (ungeprüften) japanischen Patentanmeldungs schrift Tokkaisho No. 57-1 94 603 bekannt. Diese bekannte Konstruktion benutzt aber einen zusammengesetzten Typ von Resonator, der zusammengesetzt ist aus einem Hohlraum resonator und einem dielektrischen Resonatorelement, wel ches innerhalb des Hohlraumresonators untergebracht ist, mit Schwierigkeiten bei der Herstellung, da eine Querwand mit dem Kopplungsschlitz vorgesehen sein muß als Grenz fläche zwischen den nebeneinanderliegenden Hohlraumreso natoren für die Kopplung zwischen jedem Resonator. Auch wird ein Leitungsverlust verursacht aufgrund des Vorhanden seins der Kopplungsschlitze, was in einem größeren Ein führungsverlust resultiert.

Deshalb liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Doppelmodefilter zu schaffen, welches frei von den Nach teilen der herkömmlichen Konstruktion, wie oben beschrie ben, ist und einfacher zu entwerfen ist, durch eine ver einfachte Konstruktion herzustellen ist und außerdem einen geringeren Einführungsverlust hat.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Doppelmodenfilter vorgesehen ist, in welchem ein Ab schneidewellenleiter mit vorgegebener axialer Länge und mindestens ein erster und zweiter dielektrischer Resona tor vorgesehen sind, wobei die dielektrischen Resonatoren in einem vorgegebenen Intervall innerhalb des Abschneide wellenleiters gegenseitig angeordnet sind, eine Vorrich tung zum Anregen der Doppelmodenresonanzen entlang der ersten Achse innerhalb des Abschnittes bzw. der zweiten Achse, die in jedem der dielektrischen Resonatoren die erste Achse kreuzt, eine Vorrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzmode, eine Vorrich tung zum Einstellen der Resonanzfrequenz der zweiten Re sonanzmode, und eine Vorrichtung zum Steuern der Kopplung zwischen der ersten Resonanzmode und der zweiten Reso nanzmode, daß ein externer Schaltkreis gekoppelt ist mit einer der Doppelmodenresonanzen des gewünschten di elektrischen Resonators mit Hilfe einer Einkoppelvor richtung, daß mindestens ein Paar von Kopplungen durch ein elektromagnetisches Dämpfungsfeld vorgesehen sein soll, unter den zwei Resonanzmoden des ersten dielektrischen Resonators und den zwei Resonanzmoden des zweiten di elektrischen Resonators, und daß ein externer Schaltkreis gekoppelt werden kann mit einer der Doppelmoderesonanzen des gewünschten dielektrischen Resonators durch eine Ausgangskopplungsvorrichtung.

Diese und andere Aufgaben und Eigenschaften der vorliegen den Erfindung zeigen sich aus der folgenden Beschreibung, in welcher eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren genauer beschrieben werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 einen Querschnitt entlang der Linie A-A von Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie B-B von Fig. 1;

Fig. 4 ein Ersatzschaltbild der Ausführungsform;

Fig. 5 eine Darstellung der Abhängigkeit zwischen dem Zwischenresonanzabstand und dem Kopplungskoeffi zienten,;

Fig. 6 die Dämpfungscharakteristik der Ausführungsform;

Fig. 7 einen Längsschnitt einer modifizierten Ausführungs form;

Fig. 8 einen Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 7;

Fig. 9 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungs form;

Fig. 10 einen Querschnitt entlang der Linie C-C von Fig. 9; und

Fig. 11 einen Querschnitt entlang der Linie E-E von Fig. 9.

Erfindungsgemäß ist keine metallische Querwand mit Kopp lungsschlitzen zwischen jeder Stufe vorgesehen, so daß ein geringerer Verlust erzielt wird oder der Kopplungs koeffizient analytisch berechnet werden kann (siehe MW 85-99, November 1985, z.B. Kobayashi, Nakayama: Electro nic Communication Society Report), so daß ein hochpräzises Design verwirklicht wird.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein erfindungsgemäßes Doppelmode filter gezeigt, welches einen TE₁₁ Abschneidewellenleiter 1 mit vorgegebener axialer Länge zeigt, welcher zusammenge setzt ist aus einem zylindrischen Leiter mit Deckeln 2, 3, die an beiden Enden des Wellenleiters vorgesehen sind, mit bekannten keramisch-dielektrischen Zylinderresonatoren 4, 5, die fest im koaxialen Verhältnis mit dem Wellenleiter 1 vorgesehen sind, mit vorgegebenem Intervall zwischen den Resonatoren 4, 5 und den Deckeln 2, 3. Konkreter gesagt, sind diese Resonatoren 4, 5 fest innerhalb des Wellen leiters 1 angeordnet durch ringförmige Trägerabstands stücke 6, 7, die z.B. aus Polystyren oder PTFE mit einer niedrigen dielektrischen Konstante gebildet sind. Die erste Resonanzfrequenzfeineinstellschraube 8 ist in den Wellenleiter 1 eingeschraubt, in Richtung nach oben von unten in Fig. 2 auf der Linie M1, die sich durch den Mittelpunkt des Resonators 4 erstreckt. Die Feineinstell schraube 9 für die Filterresonanzfrequenz ist in Links richtung von rechts in Fig. 2 in den Wellenleiter 1 auf der Linie M4 eingeschraubt, die angeordnet ist in einer Stelle, die in Umfangsrichtung des Resonators 4 um 90° bezüglich der Linie M1 gedreht ist. Die erste Schraube 10 zum Einstellen des Kopplungsgrades ist in den Wellenleiter 1 eingeschraubt an einer Stelle bei der Schraube 9 45° von der Schraube 8 innerhalb der Ebene, die die Schrauben 8, 9 enthält. Die Ausschnittsteile 11, 12, 13, die eine Bewegung der Schrauben 8, 9, 10 zulassen, sind, wenn nötig, an den Stellen des Abstandsstücks 6 vorgesehen, in welchen diese Schrauben 8, 9, 10 eingebracht werden. In gleicher Weise ist die Feineinstellschraube 14 für die zweite Resonanz frequenz in den Wellenleiter 1 in Richtung abwärts von oben in Fig. 3 eingeschraubt auf der Linie M2, die sich durch den Mittelpunkt des Resonators 5 erstreckt. Die Feineinstellschraube 15 für die dritte Resonanzfrequenz ist in Linksrichtung von rechts in Fig. 3 in den Wellen leiter 1 eingeschraubt auf der Linie M3, die in einer Stelle liegt, die in Umfangsrichtung des Resonators 5 um 90° bezüglich der Linie M2 gedreht ist. Die zweite Schraube 16 zum Einstellen des Kopplungsgrades ist in den Wellenleiter 1 eingeschraubt an einer Stelle ein wenig zur Schraube 15 um 45° gedreht von der Schraube 14 inner halb der Ebene, die die Schrauben 14, 15 enthält. Die Ausschnittsteile 17, 18, 19, die eine Bewegung der Schrau ben 14, 15, 16 erlauben, sind, wenn nötig, an den Stellen des Abstandsstücks 7 vorgesehen, in welchen die Schrau ben 14, 15, 16 eingebracht sind. Die Schrauben 8 bis 10 und 14 bis 16 bestehen aus metallischem, dielektrischem oder magnetischem Material. Ein elektrisches Dipolele ment 20 (im folgenden als Dipol bezeichnet) ist in den Wellenleiter 1 vom Deckel 2 eingeführt in Axialrichtung des Wellenleiters 1 und wird durch das Koaxkabel 50 beaufschlagt, wobei die Längsrichtung des Dipols 20 parallel zur Axiallinie durch die Schraube 8 liegt, und wobei beide Spitzenenden des Dipols in Richtung weg vom Resonator 4 umgeknickt sind. Der Umknickprozeß ist vorgesehen, um die elektrische Länge des Dipols einzu stellen. Eine Sonde 21 springt in den Wellenleiter 1 vor in Zentrumsrichtung des Resonators 4 von der Umfangs richtung des Wellenleiters 1 und ist angeordnet auf der Linie M4, die durch die Schraube 9 verläuft. Der ausge schnittene Teil 22 wird ausgebildet, wenn nötig, im ent sprechenden Teil des Abstandsstücks 6, in welchem die Sonde 21 eingebracht wird. Ein Koaxialverbinder 23 ist mit der Sonde 21 verbunden.

Es soll angenommen werden, daß die Sonde 21 als Ausgangs kopplung verwendet wird, wobei der Dipol 20 zum Eingangs koppeln verwendet wird und die Arbeitsweise soll beschrie ben werden. Die erste EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 1, welche die Richtung des elektrischen Feldes im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, wird durch den Resonator 4 angeregt durch das elektrische Feld, welches durch den Dipol 20 erzeugt wird durch die Signale, die durch das Koaxkabel 50 übertragen werden. Die zweite EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 2, welche die elektrische Feldrichtung innerhalb des Querschnitts des Wellenleiters ist, wird angeregt durch den Resonator 5 durch das elektromagnetische Dämpfungsfeld, welches im Abschnittsbereich durch die erste EH₁₁ δ Mode erzeugt wird. Die dritte EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 3, wel che die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellen leiters 1 ist, existiert im Resonator 5 in einer Stellung, die um 90° Umfangsrichtung gedreht ist vom elektrischen Feld der zweiten EH₁₁ δ Mode. Der Kopplungsgrad zwischen der zweiten EH₁₁ δ Mode und der dritten EH₁₁ δ Mode, d.h. zwischen den Doppelmoden wird bestimmt durch die Einfüh rungslänge der Schraube 16. Die vierte EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 4, welche die elektrische Feld richtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, wird im Resonator 4 erzeugt durch das elektromagnetische Dämp fungsfeld, welches im Abschnittsbereich durch die dritte EH₁₁ δ Mode erzeugt wird. Die vierte EH₁₁ δ Mode ist mit der Sonde 21 gekoppelt, so daß das Ausgangssignal durch den Koaxialkonnector 23 abgezogen wird. Da der Kopplungs grad zwischen der ersten EH₁₁ δ Mode und der vierten EH₁₁ δ Mode, d.h. zwischen den Doppelmoden bestimmt wird durch die Einführungslänge der Schraube 10, wird in der Ausfüh rungsform die Einstellung so gehalten, daß eine korrekte Kombination zwischen den beiden Moden vorgesehen ist, um den Abschwächpol zu bilden. Im langen Ablauf (run) wird erfindungsgemäß ein vierstufenelliptischer Funktionsfilter geschaffen, wie er im Ersatzschaltbild von Fig. 4 gezeigt ist. Kÿ in der Figur zeigt den Kopplungskoeffizienten zwischen der i-ten Resonanz und der j-ten Resonanz. Um den Kopplungskoeffizienten K₁₄ negativ zu machen ist es wünschenswert, die Schrauben 10, 16 um 90° entfernt in der Umfangsrichtung anzuordnen, wenn in Axialrichtung des Wellenleiters 1 betrachtet.

Wie oben beschrieben, wird eine der Moden des Doppelmodes eines dielektrischen Resonators in der Ausführungsform durch die Eingangskopplungsvorrichtung angeregt. Die Kopplung zwischen den dielektrischen Resonatoren wird durch das elektromagnetische Dämpfungsfeld (evanescent electromagnetic field) geschaffen. Die andere Mode des einen dielektrischen Resonators ist mit der Ausgangs kopplungsvorrichtung gekoppelt. Die beiden Moden, die normal sind und theoretisch nicht gekoppelt sind, werden gekoppelt durch die Kopplungssteuervorrichtung, um ein elliptisches Funktionsfilter zu schaffen, d.h. ein Fil ter mit einem Dämpfungspol.

Ein Herstellungsbeispiel wird im folgenden beschrieben. Im Herstellungsbeispiel wurden als Entwurfswerte benutzt

K₁₂=K₃₄=1,91 × 10^-3,
K₂₃=1,48 × 10^-3,
K₁₄=-0,20 × 10^-3,

Qe=375, um eine Zentralfrequenz f 0=6,895 GHz zu erzielen, 3 dB Verhältnisbandbreite Δ f/f 0=0,25%, eine Sperrdämpfung =40 dB und einen Brummfaktor im Band = 0,01 dB. Die Resonanzfrequenz des Resonators und K₁₂=K₃₄ wurden mit hoher Präzision berechnet mit Hilfe des Hochpräzisionsverfahrens. Der Berechnungswert von K₁₂=K₃₄ und der gemessene Wert sind in Fig. 5 gezeigt. In der Figur ist die durchgezogene Linie der berechnete Wert, die schwarzen Punkte sind die Meßwerte. Der Koppelkoeffizient K₁₂=K₃₄ zwischen den Resonatoren 4,5 wird bestimmt durch den Abstand 2 M zwi schen den Resonatoren 4,5 wie folgt. Die Keramik der dielektrischen Verhältniskonstante ε r = 30, der Durch messer D=11mm, Achslänge L=3mm wie die Resonatoren 4,5. Der Innendurchmesser des Wellenleiters 1 ist 16mm, die dielektrische Verhältniskonstante der Abstandsstücke 6,7 ist 1.037, die dielektrische Verhältniskonstante aus serhalb des Teils der Resonatoren 4,5 und der Abstands stücke 6,7 ist 1.0, d.h. Luftwert. Auch die notwendigen Werte von K₂₃, K₁₄ und Qe werden durch Experimente be stimmt. Die Dämpfungscharakteristik des auf diese Weise hergestellten Beispiels ist wie in Fig. 6 gezeigt.

Im folgenden wird ein modifiziertes Beispiel beschrieben. Wie in Fig. 7 und 8 gezeigt, kann eine Sonde 61, die ähnlich der Sonde 21 ist, anstelle des Dipols 20 benutzt werden. Die Sonde 61 ragt in den Wellenleiter 1 in Zentral richtung des Resonators 4 vor von einer Stellung, die senkrecht in Umfangsrichtung zur Sonde 21 ist. Die Ein gangskopplungsvorrichtung und die Ausgangskopplungsvor richtung kann in verschiedenen Konstruktionen wie die ser vorgesehen sein, es muß nämlich die notwendige Mode mit der gewünschten oder zu erregenden Mode gekoppelt werden. Das Filter wird ein elliptisches Funktionsfilter (elliptic function type filter), wenn die Doppelmoden des Resonators 4 über die Einstellung der Schraube 10 gekoppelt werden. Wenn die Doppelmoden nicht gekoppelt werden, wird ein Filter geschaffen, welches keinen Däm fungspol hat. Die Steuerung der Kopplung zwischen den Doppelmoden kann durchgeführt werden durch die Abschneide operation eines Teils der Umfangsfläche des Resonators anstelle der Schraube wie offenbart in Fig. 14 von z.B. Kobayashi, Kubo: Electronic Communication Society Report MW 85-86 (Okt. 1985). Auch kann die Vorrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz jeder Resonanzmode nicht nur Schrauben wie gezeigt zu beinhalten, sondern auch jedes bekannte Mittel zum Ändern der Elemente, die eine Rolle spielen in der Bestimmung der Resonanzfrequenz, z.B. durch Cutting-Off-Betrieb. Die Resonatoren 4,5 oder der Wellenleiter 1 brauchen nicht kreisförmigen Quer schnitt bezüglich ihrer Achsenrichtung haben, sondern können auch quadratisch oder rechtwinklig sein, d.h. die Querschnittkonfiguration der Resonatoren kann ent weder quadratisch oder rechtwinklig sein, unabhängig ob der Wellenleiter quadratisch, rechtwinklig oder kreis förmig od.dgl. ist. Ferner, wenn eine elliptische Funk tionsfiltercharakteristik vorgesehen sein soll durch die Kopplung von z.B. der Eingangskopplungsvorrichtung mit einer Mode des Resonators 4, die Kopplung der Ausgangs kopplungsvorrichtung mit einer Mode des Resonators 5, ist der erste EH₁₁ ∂ Mode mit der Richtung des Pfeils M 1, welche die elektrische Feldrichtung innerhalb des Quer schnitts des Wellenleiters 1 ist, gekoppelt mit der vierten EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 4, wel che die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellen leiters 1 ist, die vierte EH₁₁ δ Mode ist gekoppelt mit der dritten EH₁₁ δ Mode in der Richtung des Pfeils M 3, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist, die vierte EH₁₁ δ Mode ist gekoppelt mit der zweiten EH₁₁ δ Mode mit der Richtung des Pfeils M 2, welche die elektrische Feldrichtung im Querschnitt des Wellenleiters 1 ist; ferner muß die erste EH₁₁ δ Mode mit der zweiten EH₁₁ δ Mode gekoppelt werden, um eine ellip tische Funktionscharakteristik zu schaffen. Als eine Ausführungsform wird in Erwägung gezogen, daß die Mode zwischen der ersten EH₁₁ δ Mode und der zweiten EH₁₁ δ Mode schwächer werden kann als die Kopplung zwischen der vier ten EH₁₁ δ Mode und der dritten EH₁₁ δ Mode, wie in Fig. 9 bis 11 gezeigt. Im gezeigten Beispiel ist die Ausgangs kopplungsvorrichtung mit der zweiten EH₁₁ δ Mode des Re sonators 5 gekoppelt durch die Benutzung des Dipols 80 ähnlich zum Dipol 20. Es soll festgestellt werden, daß die Anzahl der Resonatoren durch die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht auf zwei beschränkt ist. Nicht nur die EH₁₁ δ Mode, sondern z.B. die HE₁₁ δ Mode kann als Benutzungsmode verwendet werden.

Claims

Doppelmodenfilter, dadurch gekennzeich net, daß er aufweist einen Abschneidewellenleiter mit einer vorgegebenen axialen Länge und mindestens einem ersten und zweiten dielektrischen Resonator, welche innerhalb des Abschneidewellenleiters gegenseitig in einem vorgegebenen Abstand angeordnet sind, eine Vor richtung zum Anregen der Doppelmoderesonanzen entlang der ersten Achse innerhalb des Abschnittes bzw. der zweiten Achse, die in jedem der dielektrischen Resona toren die erste Achse kreuzt, eine Vorrichtung zum Ein stellen der Resonanzfrequenz der ersten Resonanzmode, eine Vorrichtung zum Einstellen der Resonanzfrequenz der zweiten Resonanzmode, eine Vorrichtung zum Steuern der Kopplung zwischen der ersten Resonanzmode und der zweiten Resonanzmode, daß ein externer Schaltkreis gekoppelt ist mit einer der Doppelmodenresonanzen des gewünschten di elektrischen Resonators mit Hilfe einer Einkoppelvorrich tung, daß mindestens ein Paar von Kopplungen durch ein elektromagnetisches Dämpfungsfeld vorgesehen sein soll, unter den zwei Resonanzmoden des ersten dielektrischen Resonators und den zwei Resonanzmoden des zweiten di elektrischen Resonators, und daß ein externer Schalt kreis gekoppelt werden kann mit einer der Doppelmode resonanzen des gewünschten dielektrischen Resonators durch eine Ausgangskopplungsvorrichtung.